JP2010021719A - Doherty amplifier - Google Patents

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JP2010021719A JP2008179326A JP2008179326A JP2010021719A JP 2010021719 A JP2010021719 A JP 2010021719A JP 2008179326 A JP2008179326 A JP 2008179326A JP 2008179326 A JP2008179326 A JP 2008179326A JP 2010021719 A JP2010021719 A JP 2010021719A
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Takuji Yamamoto
卓史 山本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To actualize a doherty amplifier suitable for various radio specifications. <P>SOLUTION: A doherty amplifier has a carrier amplifier 14 of an AB class performance and a peak amplifier 15 of a C class performance, wherein input high frequency signals are divided and supplied to the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15, and a combined output of the outputs from the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15 is impedance-converted to be outputted. A drain voltage of an FET which is an amplifying element of the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15 is optimized according to a center frequency of the input high frequency signal. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、種々の無線規格による通信装置において、送信部の電力増幅器に利用されるドハティ増幅器に関する。   The present invention relates to a Doherty amplifier that is used as a power amplifier of a transmission unit in communication apparatuses according to various wireless standards.

近年、移動体通信や無線通信の進歩は著しく、例えば携帯電話、無線LAN、Bluetooth(登録商標)などが規格化されている。これらの無線規格では、それぞれ使用する周波数帯や出力電力が異なっているため、これら複数の無線規格に共用できる高効率増幅器が要望されている。また、移動体通信や無線通信は、端末や基地局双方ともに、増幅器の効率及び線形性の向上に対する要求が高い。効率は直流消費電力と高周波出力電力の比で定義され、この値が大きいほど低消費電力化を達成することができる。線形性は入力電力の増加に対する出力電力の増加が直線的に変化する性能であり、この線形性が良好であれば、出力信号の歪みが低減されて、隣接チャネル漏洩電力が低減される。   In recent years, the progress of mobile communication and wireless communication has been remarkable, and for example, cellular phones, wireless LANs, Bluetooth (registered trademark) and the like have been standardized. Since these radio standards have different frequency bands and output powers to be used, there is a demand for a high-efficiency amplifier that can be shared by these radio standards. In mobile communication and wireless communication, both terminals and base stations are highly demanded to improve amplifier efficiency and linearity. Efficiency is defined by the ratio of DC power consumption and high-frequency output power. The larger this value, the lower the power consumption can be achieved. Linearity is a performance in which an increase in output power with respect to an increase in input power changes linearly. If this linearity is good, distortion of the output signal is reduced and adjacent channel leakage power is reduced.

しかしながら、一般的な増幅器では、効率と線形性との間にはトレードオフの関係がある。特に効率に関しては、増幅器への入力レベルが増加するにつれて高くなるため、入力レベルが低い状態では効率が極めて悪く、増幅器の出力が飽和出力電力に近づくまで最大効率が得られない。このため、効率を維持しながら増幅器の線形性を実現することは極めて難しい。そこで、高効率で信号を増幅する技術と、その低歪化やフィードフォワード等の歪補償技術とを組み合わせることにより、より高効率で低歪な特性を有するドハティ増幅器の開発が進められている。   However, in a typical amplifier, there is a trade-off between efficiency and linearity. In particular, the efficiency increases as the input level to the amplifier increases, so that the efficiency is extremely poor when the input level is low, and the maximum efficiency cannot be obtained until the output of the amplifier approaches the saturated output power. For this reason, it is extremely difficult to realize the linearity of the amplifier while maintaining the efficiency. Therefore, development of Doherty amplifiers having higher efficiency and lower distortion characteristics by combining a technique for amplifying a signal with high efficiency and distortion compensation techniques such as low distortion and feedforward has been underway.

ここで、上記ドハティ増幅器は、キャリア増幅器とピーク増幅器とを有し、それぞれのゲート電圧を調整することでキャリア増幅器をAB級、ピーク増幅器をC級で動作させるようにしたものである。この構成によれば、小信号動作時では、ピーク増幅器がC級であるため動作せず、AB級のキャリア増幅器のみが動作するため効率が向上し、大信号動作時ではピーク増幅器も動作するため、高い効率を維持したまま飽和出力電力が伸びる。これに対し、2つの増幅器を同時にAB級動作させて合成出力するような通常の増幅器は、ドハティ増幅器と同等の飽和出力電力が得られるものの、飽和出力電力からバックオフをとった実用領域での効率が低い。   Here, the Doherty amplifier has a carrier amplifier and a peak amplifier, and operates the carrier amplifier in class AB and the peak amplifier in class C by adjusting the respective gate voltages. According to this configuration, when the small signal is operated, the peak amplifier does not operate because it is a class C, and only the class AB carrier amplifier operates, so that the efficiency is improved, and when the large signal is operated, the peak amplifier also operates. Saturated output power increases while maintaining high efficiency. On the other hand, an ordinary amplifier that simultaneously outputs two amplifiers by class AB operation can obtain a saturation output power equivalent to that of a Doherty amplifier, but in a practical area where backoff is taken from the saturation output power. Low efficiency.

但し、上記のような従来のドハティ増幅器では、キャリア増幅器とピーク増幅器の出力合成点から見たピーク増幅器の負荷インピーダンスが開放に見えるように、インピーダンスの最適化を行う必要がある。もし、開放でないと、小信号動作時、すなわち、キャリア増幅器のみ動作している場合、ピーク増幅器側へ電力が漏洩してしまうからである。しかしながら、一般的に負荷インピーダンスは周波数に対して大きく変化してしまうことが多い。このため、合成点から見たピーク増幅器の負荷インピーダンスは、周波数によっては開放でない状態がある。したがって、従来のドハティ増幅器では、ある周波数でしか飽和遷移点を持てず、使用周波数の異なる通信装置には共通に利用することはできなかった。   However, in the conventional Doherty amplifier as described above, it is necessary to optimize the impedance so that the load impedance of the peak amplifier viewed from the output combining point of the carrier amplifier and the peak amplifier appears to be open. If not open, the power leaks to the peak amplifier side when a small signal is operated, that is, when only the carrier amplifier is operating. However, in general, the load impedance often changes greatly with respect to the frequency. For this reason, the load impedance of the peak amplifier viewed from the synthesis point may not be open depending on the frequency. Therefore, the conventional Doherty amplifier has a saturation transition point only at a certain frequency, and cannot be used in common for communication apparatuses having different frequencies.

尚、ドハティ増幅器において、広い周波数帯域幅で高い効率を得る従来の技術としては、特許文献1に、キャリア増幅器の出力側、ピーク増幅器の入力側、ピーク増幅器の出力側において、入力信号の搬送波の周波数に合わせた最適線路長をもつ素子を用い、搬送波の周波数に応じてスイッチングにより最適な線路長を与えるという構造が提案されている。また、特許文献2に、キャリア増幅器の出力側に伝送線路とコンデンサとスイッチを備え、搬送波の周波数に応じて電気長が90度となるように切り替える回路が提案されている。
特開2006−345341公報 特開2007−019578公報
As a conventional technique for obtaining high efficiency in a wide frequency bandwidth in a Doherty amplifier, Patent Document 1 discloses that the carrier wave of the input signal is present on the output side of the carrier amplifier, the input side of the peak amplifier, and the output side of the peak amplifier. A structure has been proposed in which an element having an optimum line length according to the frequency is used and an optimum line length is given by switching according to the frequency of the carrier wave. Patent Document 2 proposes a circuit that includes a transmission line, a capacitor, and a switch on the output side of the carrier amplifier and switches the electrical length to 90 degrees according to the frequency of the carrier wave.
JP 2006-345341 A JP 2007-019578 A

以上述べたように、ドハティ増幅器では、従来から効率の広帯域化を実現する技術は提案されているものの、いずれも使用周波数に応じた線路或いは回路素子が必要であり、構造的に複雑になってしまう。   As described above, the Doherty amplifier has conventionally proposed technologies for realizing a wide band of efficiency, but all of them require lines or circuit elements corresponding to the operating frequency, and are structurally complicated. End up.

この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、使用周波数の異なる無線通信装置で共用する場合でも、簡易な構造で高効率化を実現することのできるドハティ増幅器を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a Doherty amplifier capable of realizing high efficiency with a simple structure even when shared by wireless communication apparatuses having different operating frequencies.

上記目的を達成するためにこの発明に係るドハティ増幅器は、入力信号を常時増幅するAB級動作のキャリア増幅器と、入力信号を所定のレベル以上になった場合に増幅するC級動作のピーク増幅器と、入力高周波信号を前記キャリア増幅器及びピーク増幅器それぞれの入力端に分配供給する分配回路と、前記キャリア増幅器の出力と前記ピーク増幅器の出力との合成出力をインピーダンス変換して出力するインピーダンス変換回路と、前記キャリア増幅器及び前記ピーク増幅器の駆動電圧を前記入力高周波信号の中心周波数に応じて可変制御する制御回路とを具備することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a Doherty amplifier according to the present invention includes a class AB operation carrier amplifier that always amplifies an input signal, a class C operation peak amplifier that amplifies the input signal when the input signal exceeds a predetermined level, and A distribution circuit that distributes and supplies an input high-frequency signal to the input terminals of the carrier amplifier and the peak amplifier, an impedance conversion circuit that performs impedance conversion on a combined output of the output of the carrier amplifier and the output of the peak amplifier, and And a control circuit that variably controls drive voltages of the carrier amplifier and the peak amplifier according to a center frequency of the input high-frequency signal.

このように、入力高周波信号の中心周波数に合わせて駆動電圧を最適化することにより、異なる周波数と異なる出力電力において、通常のAB級動作時の電力増幅器より高い効率を得ることができる。   As described above, by optimizing the drive voltage in accordance with the center frequency of the input high-frequency signal, higher efficiency than that of a normal class AB power amplifier can be obtained at different frequencies and different output powers.

この発明によれば、使用周波数の異なる無線通信装置で共用する場合でも、簡易な構造で高効率化を実現したドハティ増幅器を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a Doherty amplifier that achieves high efficiency with a simple structure even when shared by wireless communication apparatuses having different frequencies of use.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る一実施形態として、50Ω系のマイクロ波信号を電力増幅するドハティ増幅器の構成を示すブロック回路図である。図1において、入力端11に供給される50Ω系のマイクロ波信号は、90°ハイブリッドカプラ12の一方の入力端に供給される。この90°ハイブリッドカプラ12の他方の入力端には50Ω終端器13が接続されており、当該カプラ12は入力された信号をほぼ等しい電力で2系統に分配する。分配された信号はそれぞれキャリア増幅器14、ピーク増幅器15に送られる。尚、信号分配は、90°ハイブリッドカプラ以外にも、ウィルキンソン分配器等の一般的な分配回路が利用可能である。   FIG. 1 is a block circuit diagram showing a configuration of a Doherty amplifier that amplifies a 50Ω microwave signal as an embodiment according to the present invention. In FIG. 1, the 50Ω microwave signal supplied to the input terminal 11 is supplied to one input terminal of the 90 ° hybrid coupler 12. A 50Ω terminator 13 is connected to the other input terminal of the 90 ° hybrid coupler 12, and the coupler 12 distributes the input signal to two systems with substantially equal power. The distributed signals are sent to the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15, respectively. For signal distribution, a general distribution circuit such as a Wilkinson distributor can be used in addition to the 90 ° hybrid coupler.

キャリア増幅器14はAB級動作、ピーク増幅器15はC級動作となるようバイアス条件が与えられ、この結果、キャリア増幅器14は常時動作状態となり、ピーク増幅器15はキャリア増幅器13の出力電力が飽和状態に近づいた段階で動作し始める。具体的には、キャリア増幅器14、ピーク増幅器15にはいずれも増幅素子にFET(電界効果トランジスタ)が採用され、両者のソースは共通接続されて接地される。各増幅器14,15のゲートには、上記90°ハイブリッドカプラ12で同等に分配されたマイクロ波信号が供給され、共に制御回路16からドレイン電圧を受けて、ゲートの電圧変化に応じてドレイン出力を電力増幅する。   A bias condition is given so that the carrier amplifier 14 operates in class AB and the peak amplifier 15 operates in class C. As a result, the carrier amplifier 14 is always in an operating state, and the output power of the carrier amplifier 13 is saturated in the peak amplifier 15. It starts to work when approaching. Specifically, each of the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15 employs an FET (field effect transistor) as an amplifying element, and the sources of both are commonly connected and grounded. The microwave signals equally distributed by the 90 ° hybrid coupler 12 are supplied to the gates of the amplifiers 14 and 15, both receive the drain voltage from the control circuit 16, and output the drain output according to the change in the gate voltage. Amplify power.

キャリア増幅器14の出力は位相補償線路17、1/4波長線路(50Ω)18を経て1/4波長インピーダンス変換器20に送られる。ピーク増幅器15の出力は位相補償回路19を経て上記キャリア増幅器側の1/4波長線路18の出力と合成されて上記1/4波長インピーダンス変換器20に送られる。この1/4波長インピーダンス変換器20はキャリア増幅器14及びピーク増幅器15それぞれの出力の合成が25Ωとなることから、この25Ω系の信号を50Ω系にインピーダンス変換して外部との整合をとる。このようにして電力増幅されたマイクロ波信号は出力端21から外部に導出される。   The output of the carrier amplifier 14 is sent to a quarter wavelength impedance converter 20 via a phase compensation line 17 and a quarter wavelength line (50Ω) 18. The output of the peak amplifier 15 is combined with the output of the ¼ wavelength line 18 on the carrier amplifier side via the phase compensation circuit 19 and sent to the ¼ wavelength impedance converter 20. Since the combined output of the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15 is 25Ω, the quarter-wavelength impedance converter 20 impedance-converts the 25Ω signal to a 50Ω system to match the outside. The microwave signal amplified in this way is led out from the output terminal 21 to the outside.

上記制御回路16は、予め入力信号の中心周波数別に求められた最適なドレイン電圧値が登録されており、搭載機器の入力モード指定(例えば携帯電話モード、無線LANモード等のユーザ指定)を受けて該当するドレイン電圧を上記キャリア増幅器14及びピーク増幅器15に送る。   In the control circuit 16, an optimum drain voltage value obtained in advance for each center frequency of the input signal is registered, and upon receiving an input mode designation (for example, a user designation such as a mobile phone mode or a wireless LAN mode) of the mounted device. The corresponding drain voltage is sent to the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15.

上記構成において、以下に本発明に係るドハティ増幅器の特徴とする点について説明する。   The features of the Doherty amplifier according to the present invention in the above configuration will be described below.

まず、ドハティ増幅器の動作原理について説明する。すなわち、ドハティ増幅器では、キャリア増幅器14とピーク増幅器15それぞれのゲート電圧を調整することでキャリア増幅器14をAB級、ピーク増幅器15をC級で動作させる。そして、ピーク増幅器15の出力線路については、キャリア増幅器14とピーク増幅器15との出力端の合成点からピーク増幅器15を見た負荷インピーダンスが開放に近い状態となるように位相線路長としておく。これにより、小信号動作時では、ピーク増幅器15はC級であるため動作せず、AB級のキャリア増幅器14のみが動作することになる。   First, the operation principle of the Doherty amplifier will be described. That is, in the Doherty amplifier, the carrier amplifier 14 is operated in class AB and the peak amplifier 15 is operated in class C by adjusting the gate voltages of the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15 respectively. The output line of the peak amplifier 15 is set to have a phase line length so that the load impedance viewed from the combined point of the output ends of the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15 when viewed from the peak amplifier 15 is almost open. As a result, during the small signal operation, the peak amplifier 15 does not operate because it is class C, and only the class AB carrier amplifier 14 operates.

ここで、2つの増幅器をAB級動作させるような通常の増幅器は、出力電圧と効率の関係を見た場合、図2のカーブC1に示すような飽和出力電力特性が得られるが、飽和出力電力からバックオフをとった領域でのリニアリティが悪く、効率が低い。これに対し、ドハティ増幅器では、小信号動作時において、C級のピーク増幅器15が動作せず、AB級のキャリア増幅器14のみが動作するため、図2のカーブC2に示すようにリニアリティが良好となり、効率が向上する。そして、出力電力がキャリア増幅器14の飽和する飽和遷移点Pa以上に増加して大信号動作時になると、ピーク増幅器15も動作するようになり、これによって図2のカーブC3に示すように、飽和出力電力Pbが伸びる。また、同じ飽和出力電力を持つキャリア増幅器14とピーク増幅器15とで構成されるドハティ増幅器では、図2のカーブC2、C3に示すように、飽和遷移点Paで効率の不連続点を有し、その効率をほぼ維持しつつ飽和出力電力Pbに達するという特徴を有する。   Here, a normal amplifier that operates two amplifiers in class AB can obtain a saturated output power characteristic as shown by a curve C1 in FIG. The linearity in the area where the back-off is taken is poor and the efficiency is low. On the other hand, in the Doherty amplifier, the class C peak amplifier 15 does not operate and only the class AB carrier amplifier 14 operates in the small signal operation, so that the linearity is good as shown by the curve C2 in FIG. , Improve efficiency. Then, when the output power increases to a saturation transition point Pa or higher at which the carrier amplifier 14 saturates and a large signal is operated, the peak amplifier 15 is also operated. As a result, as shown by a curve C3 in FIG. The power Pb increases. Further, in the Doherty amplifier composed of the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15 having the same saturation output power, as shown by the curves C2 and C3 in FIG. 2, the efficiency has a discontinuity point at the saturation transition point Pa. The saturation output power Pb is reached while maintaining its efficiency substantially.

さらに、本発明に係るドハティ増幅器では、キャリア増幅器14とピーク増幅器15のドレイン電圧を最適化することにより、出力電圧と効率の関係において、図3に示すように、飽和出力電力特性が変化する。すなわち、ドレイン電圧をV0,V1,V2(V0>V1>V2)それぞれに調整した場合、V0の時はカーブC4のように、V1の時はカーブC5のように、V2の時はカーブC6のように飽和出力電力特性が変化する。また、図3より明らかなように、ドレイン電圧V0,V1,V2それぞれの調整時の飽和遷移点における出力電力P0,P1,P2の関係は、P0>P1>P2であり、各々の飽和遷移点における出力電力が異なる。   Further, in the Doherty amplifier according to the present invention, by optimizing the drain voltages of the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15, the saturation output power characteristic changes in the relationship between the output voltage and the efficiency as shown in FIG. That is, when the drain voltage is adjusted to V0, V1, and V2 (V0> V1> V2), the curve C4 when V0, the curve C5 when V1, and the curve C6 when V2 is set. Thus, the saturation output power characteristic changes. Further, as apparent from FIG. 3, the relationship between the output powers P0, P1, and P2 at the saturation transition points at the time of adjusting the drain voltages V0, V1, and V2 is P0> P1> P2, respectively. The output power at is different.

上記のような特徴を有するドハティ増幅器は、キャリア増幅器14とピーク増幅器15の出力合成点から見たピーク増幅器15の負荷インピーダンスが開放に見えるように、インピーダンスの最適化を行う必要がある。ところが、一般的にインピーダンスは伝送信号の周波数が変わると大きく変化してしまうことが多い。このため、合成点から見たピーク増幅器15の負荷インピーダンスは、伝送信号の周波数によっては開放でない状態がある。もし、開放でないと、小信号動作時、すなわち、キャリア増幅器14のみ動作している場合にピーク増幅器15側へ電力が漏洩してしまう。   The Doherty amplifier having the above characteristics needs to optimize the impedance so that the load impedance of the peak amplifier 15 seen from the output combination point of the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15 appears to be open. However, in general, the impedance often changes greatly when the frequency of the transmission signal changes. For this reason, the load impedance of the peak amplifier 15 viewed from the synthesis point may not be open depending on the frequency of the transmission signal. If not open, power leaks to the peak amplifier 15 side when a small signal is operated, that is, when only the carrier amplifier 14 is operating.

そこで、本発明では、制御回路16により、キャリア増幅器14及びピーク増幅器15のドレイン電圧を、無線信号の周波数に応じて最適化する。このようにドレイン電圧を最適化することにより、どのような効果が得られるかについて以下に説明する。   Therefore, in the present invention, the control circuit 16 optimizes the drain voltages of the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15 according to the frequency of the radio signal. The following describes what effect can be obtained by optimizing the drain voltage in this way.

図4に、ドレイン電圧を一定とした状態で伝送信号の周波数を変化させたときのピーク増幅器15の負荷インピーダンス特性を示す。図4を見ると明らかなように、周波数f0 における負荷インピーダンスはほぼオープンに見えているが、周波数fL とfH における負荷インピーダンスはオープン状態からずれていることがわかる。この場合、周波数f0 においては理想的なドハティ増幅器として動作される。しかしながら、周波数fL とfH においてはピーク増幅器15の負荷インピーダンスはオープンに見えていないため、小信号動作時においてはキャリア増幅器14により増幅された信号が合成点においてピーク増幅器へ電力が漏洩してしまい、効率が低下してしまう。 FIG. 4 shows the load impedance characteristic of the peak amplifier 15 when the frequency of the transmission signal is changed with the drain voltage kept constant. As can be seen from FIG. 4, the load impedance at the frequency f 0 appears almost open, but the load impedance at the frequencies f L and f H deviates from the open state. In this case, it operates as an ideal Doherty amplifier at the frequency f 0 . However, since the load impedance of the peak amplifier 15 does not appear to be open at the frequencies f L and f H , the power amplified by the carrier amplifier 14 leaks to the peak amplifier at the synthesis point during small signal operation. As a result, the efficiency decreases.

図5(a),(b),(c)はそれぞれドハティ増幅器のドレイン電圧Vdsを32V、26V、20Vと変化させた時の負荷インピーダンスのシミュレーション特性を示す。また、図5のシミュレーション結果を表1にまとめる。

Figure 2010021719
5A, 5B, and 5C show load impedance simulation characteristics when the drain voltage V ds of the Doherty amplifier is changed to 32V, 26V, and 20V, respectively. The simulation results of FIG. 5 are summarized in Table 1.
Figure 2010021719

表1より、ドレイン電圧Vdsを32Vから20Vへ変化させることにより、負荷インピーダンスがほぼオープンに見える周波数は2.20GHzから2.10GHzへ変化することがわかる。 From Table 1, it can be seen that the frequency at which the load impedance appears almost open changes from 2.20 GHz to 2.10 GHz by changing the drain voltage V ds from 32 V to 20 V.

図6にドレイン電圧Vdsを32V、20Vと変化させた時のドレイン効率/周波数特性のシミュレーション結果を示す。図6において、A,B,Cはそれぞれドレイン電圧Vds=32V,20VとしてAB級動作させた場合のドレイン効率/周波数特性を示し、D,E,Fはそれぞれドレイン電圧Vds=32V,20Vとしてドハティ動作させた場合のドレイン効率/周波数特性を示している。尚、図6では、飽和出力電力(Psat)から7dBバックオフした出力電力により効率をまとめた。図6より、周波数1.90GHz〜2.07GHzのとき、ドレイン電圧を20Vに設定することにより、AB級動作により得られる効率より高い値を得ることができることがわかる。 32V drain voltage V ds Figure 6 shows the simulation results of the drain efficiency / frequency characteristics when changing the 20V. In FIG. 6, A, B, C shows the drain efficiency / frequency characteristics of the respective by AB class operation drain voltage V ds = 32V, as 20V, D, E, F, respectively drain voltage V ds = 32V, 20V The drain efficiency / frequency characteristics when the Doherty operation is performed are shown. In FIG. 6, the efficiency is summarized by the output power that is 7 dB back-off from the saturated output power (Psat). FIG. 6 shows that when the frequency is 1.90 GHz to 2.07 GHz, a higher value than the efficiency obtained by the class AB operation can be obtained by setting the drain voltage to 20V.

一方、ドレイン電圧Vdsを32V、26V、20Vと変化させた時の飽和出力電力の周波数特性のシミュレーション結果は図7に示すようになった。図7より、ドレイン電圧を低い値にすることにより、飽和出力電力は低下する傾向にあることがわかる。したがって、各周波数帯において、それぞれ異なる出力電力で高い効率を得ていることがわかる。 On the other hand, the drain voltage V ds 32V, 26V, simulation of the frequency characteristics of the saturated output power when changing the 20V results are as shown in FIG. As can be seen from FIG. 7, the saturation output power tends to decrease when the drain voltage is set to a low value. Therefore, it can be seen that high efficiency is obtained with different output power in each frequency band.

以上、無線信号の中心周波数に合わせてドハティ増幅器のドレイン電圧を最適化することにより、異なる周波数と異なる出力電力において、通常のAB級動作時の電力増幅器より高い効率を得ることができる。   As described above, by optimizing the drain voltage of the Doherty amplifier in accordance with the center frequency of the radio signal, it is possible to obtain higher efficiency than the power amplifier in normal class AB operation at different frequencies and different output power.

図8は図1に示したドハティ増幅器を基板上にパターン形成した実際の回路図である。入力端11から入力されるマイクロ波信号は、パターン線路P1を介して90°ハイブリッドカプラ12の一方の入力端に供給される。90°ハイブリッドカプラ12の他方の入力端はパターン線路P2を介して50Ω終端器13に接続され、一方の出力端はパターン線路P3を介してキャリア増幅器14のゲート電極G1へ接続され、他方の出力端はパターン線路P4を介してピーク増幅器15のゲート電極G2に接続される。すなわち、90°ハイブリッドカプラ12に供給されたマイクロ波信号は、その一方の出力端及び他方の出力端に同振幅で送り出される。尚、他方の出力端から出力される信号の位相は、一方の出力端から出力される信号の位相より90°遅れている。   FIG. 8 is an actual circuit diagram in which the Doherty amplifier shown in FIG. 1 is patterned on a substrate. The microwave signal input from the input end 11 is supplied to one input end of the 90 ° hybrid coupler 12 via the pattern line P1. The other input end of the 90 ° hybrid coupler 12 is connected to the 50Ω terminator 13 via the pattern line P2, and one output end is connected to the gate electrode G1 of the carrier amplifier 14 via the pattern line P3. The end is connected to the gate electrode G2 of the peak amplifier 15 through the pattern line P4. That is, the microwave signal supplied to the 90 ° hybrid coupler 12 is sent to one output end and the other output end with the same amplitude. The phase of the signal output from the other output end is delayed by 90 ° from the phase of the signal output from the one output end.

キャリア増幅器14の出力は、ドレイン電極D1とパターン線路P5を介して合成点に供給される。パターン線路P5は、図1に示す位相補償線路17及び1/4波長線路18として機能する。一方、ピーク増幅器15の出力は、ドレイン電極D2とパターン線路P6を介して合成点に供給される。パターン線路P6は、図1に示す位相補償線路19として機能する。合成点で合成される信号は、線路幅の異なるパターン線路P7及びP8によるインピーダンス変換器20を介して出力端子21から出力される。   The output of the carrier amplifier 14 is supplied to the synthesis point via the drain electrode D1 and the pattern line P5. The pattern line P5 functions as the phase compensation line 17 and the quarter wavelength line 18 shown in FIG. On the other hand, the output of the peak amplifier 15 is supplied to the synthesis point via the drain electrode D2 and the pattern line P6. The pattern line P6 functions as the phase compensation line 19 shown in FIG. The signal synthesized at the synthesis point is output from the output terminal 21 via the impedance converter 20 by the pattern lines P7 and P8 having different line widths.

上記構成によるドハティ増幅器に対し、制御回路16は、無線信号の周波数指定があると、その指定周波数に対応するドレイン電圧を発生し、キャリア増幅器14及びピーク増幅器15に出力する。このように、本発明は、実際の回路構成の場合でもドレイン制御を容易に実現することが可能であり、使用周波数に応じて最適ドレイン電圧に切り替えることができる。   For the Doherty amplifier configured as described above, when the frequency of the radio signal is designated, the control circuit 16 generates a drain voltage corresponding to the designated frequency and outputs the drain voltage to the carrier amplifier 14 and the peak amplifier 15. As described above, according to the present invention, drain control can be easily realized even in the case of an actual circuit configuration, and the optimum drain voltage can be switched in accordance with the operating frequency.

本発明のドハティ増幅器は、携帯電話およびWiMAX等の無線基地局及び端末に用いられる電力増幅器に適用することができる。   The Doherty amplifier of the present invention can be applied to a power amplifier used in a radio base station and a terminal such as a mobile phone and WiMAX.

尚、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、制御回路16において、無線信号の周波数指定に基づいてドレイン電圧を可変制御するようにしたが、周波数検出器(図示せず)を用いて入力信号の中心周波数を自動的に検出し、その検出結果に応じてドレイン電圧を可変制御するようにすれば、入力指定操作が不要となり、いっそう効果的である。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the drain voltage is variably controlled in the control circuit 16 based on the frequency designation of the radio signal, but the center frequency of the input signal is automatically set using a frequency detector (not shown). If the drain voltage is variably controlled according to the detection result, an input designation operation becomes unnecessary, which is more effective.

また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。   Further, the present invention can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Furthermore, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.

本発明の一実施形態に関わるドハティ増幅器の構成を示す回路図。1 is a circuit diagram showing a configuration of a Doherty amplifier according to an embodiment of the present invention. 図1のドハティ増幅器の負荷インピーダンスを示す図。The figure which shows the load impedance of the Doherty amplifier of FIG. 図1のドハティ増幅器のドレイン電圧を変えた場合の負荷インピーダンスを示す図。The figure which shows the load impedance at the time of changing the drain voltage of the Doherty amplifier of FIG. 図1のドハティ増幅器における効率の周波数特性を示す特性図。The characteristic view which shows the frequency characteristic of the efficiency in the Doherty amplifier of FIG. 図1のドハティ増幅器における飽和出力電力の周波数特性を示す特性図。The characteristic view which shows the frequency characteristic of the saturation output electric power in the Doherty amplifier of FIG. 図1に示すドハティ増幅器のパターン形成例を示すパターン図。FIG. 2 is a pattern diagram showing a pattern formation example of the Doherty amplifier shown in FIG. 1. ドハティ増幅器の効率特性に関する図。The figure regarding the efficiency characteristic of Doherty amplifier. ドレイン電圧を可変にした場合のドハティ増幅器の効率特性を示す図。The figure which shows the efficiency characteristic of a Doherty amplifier at the time of making drain voltage variable.

符号の説明Explanation of symbols

11…入力端、12…90°ハイブリッドカプラ、13…50Ω終端器、14…キャリア増幅器、15…ピーク増幅器、16…制御回路、17…位相補償線路、18…1/4波長線路(20Ω)、19…位相補償回路、20…1/4波長インピーダンス変換器、20…1/4波長インピーダンス変換器、21…出力端。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Input end, 12 ... 90 degree hybrid coupler, 13 ... 50ohm termination | terminus, 14 ... Carrier amplifier, 15 ... Peak amplifier, 16 ... Control circuit, 17 ... Phase compensation line, 18 ... 1/4 wavelength line (20ohm), DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Phase compensation circuit, 20 ... 1/4 wavelength impedance converter, 20 ... 1/4 wavelength impedance converter, 21 ... Output end.

Claims (4)

入力信号を常時増幅するキャリア増幅器と、
入力信号を所定のレベル以上になった場合に増幅するピーク増幅器と、
入力高周波信号を前記キャリア増幅器及びピーク増幅器それぞれの入力端に分配供給する分配回路と、
前記キャリア増幅器の出力と前記ピーク増幅器の出力との合成出力をインピーダンス変換して出力するインピーダンス変換回路と、
前記キャリア増幅器及び前記ピーク増幅器の駆動電圧を前記入力高周波信号の中心周波数に応じて可変制御する制御回路と
を具備することを特徴とするドハティ増幅器。
A carrier amplifier that constantly amplifies the input signal;
A peak amplifier that amplifies the input signal when it exceeds a predetermined level;
A distribution circuit that distributes an input high-frequency signal to the input terminals of the carrier amplifier and the peak amplifier;
An impedance conversion circuit that outputs a combined output of the output of the carrier amplifier and the output of the peak amplifier by impedance conversion;
A Doherty amplifier comprising: a control circuit that variably controls drive voltages of the carrier amplifier and the peak amplifier according to a center frequency of the input high-frequency signal.
前記キャリア増幅器及びピーク増幅器それぞれの増幅素子はFET(電界効果トランジスタ)であり、
前記キャリア増幅器及びピーク増幅器それぞれのFETのソースは共に基準電位ラインに接続され、
前記キャリア増幅器及びピーク増幅器それぞれのFETのゲートには、それぞれ前記分配回路で分配された高周波信号が供給され、
前記キャリア増幅器及びピーク増幅器それぞれのFETのドレインには、前記制御回路によって可変制御されるドレイン電圧が供給されることを特徴とする請求項1記載のドハティ増幅器。
The amplification elements of the carrier amplifier and the peak amplifier are FETs (field effect transistors),
The source of each of the carrier amplifier and the peak amplifier is connected to a reference potential line,
The high frequency signal distributed by the distribution circuit is supplied to the FET gates of the carrier amplifier and the peak amplifier, respectively.
2. The Doherty amplifier according to claim 1, wherein a drain voltage variably controlled by the control circuit is supplied to a drain of each of the carrier amplifier and the peak amplifier.
前記制御回路は、予め前記入力高周波信号の中心周波数別の最適駆動電圧値を示すテーブルを備え、前記入力信号の中心周波数の指定時に前記テーブルを参照して前記キャリア増幅器及びピーク増幅器に供給する駆動電圧値を決定することを特徴とする請求項1記載のドハティ増幅器。   The control circuit is provided with a table indicating in advance an optimum drive voltage value for each center frequency of the input high-frequency signal, and is supplied to the carrier amplifier and the peak amplifier with reference to the table when the center frequency of the input signal is designated 2. The Doherty amplifier according to claim 1, wherein the voltage value is determined. 前記制御回路は、予め前記入力高周波信号の中心周波数別の最適駆動電圧値を示すテーブルと、前記入力高周波信号の中心周波数を検出する周波数検出手段とを備え、前記テーブルを参照して前記周波数検出手段で検出された中心周波数に該当する最適駆動電圧値を決定することを特徴とする請求項1記載のドハティ増幅器。   The control circuit includes a table that shows in advance an optimum drive voltage value for each center frequency of the input high-frequency signal, and frequency detection means for detecting the center frequency of the input high-frequency signal, and the frequency detection is performed with reference to the table. 2. The Doherty amplifier according to claim 1, wherein an optimum driving voltage value corresponding to the center frequency detected by the means is determined.
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